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1、计算机组成原理第4章存储系统,本章重点内容：,存储器存储信息的原理,用存储芯片构成存储器,提高存储系统性能的方法,冯若依曼计算机的体系结构,要运行的程序和数据必须先装入内存。,计算机组成原理第4章存储系统,4.1 概 述,CPU,内存,I/O接口,外存,速度快、容量小,速度慢、容量大,对存储器的要求：,容量大、速度快,性价比合理,计算机组成原理第4章存储系统,存储器系统的层次结构,CPU,计算机组成原理第4章存储系统,对主存储器的基本要求：,随机访问,工作速度快,具有一定的存储容量,一个计算机系统主存的容量与系统的地址位数有关：,主存最大容量 = 2n n为地址位数,计算机组成原理第4章存储系
2、统,对辅助存储器的主要要求：,容量大,每位的价格低,具有一定的存取速度,磁盘是目前最常用的辅助存储器，其存取速度通常用平均存取时间表示：,平均存取时间 = T1 + Tr,T1 :寻道延时Tr :旋转延间,计算机组成原理第4章存储系统,高速缓冲存储器（Catch）,代现计算机的Catch多采用突发式管道同步静态存储器。,BSRAM - Burst pipelined synchronous static RAM,对Catch要求：,速度快,命中率高,计算机组成原理第4章存储系统,虚拟存储器,将硬盘的一部分当作内存储器来使用，这部分空间就称为虚拟存储器。,需要有相应的硬件和OS的支持,虚拟内存可
3、以很大(但不能超过CPU的寻址能力),在虚拟内存的程序不能被CPU执行，必须调入物理内存后才能执行,计算机组成原理第4章存储系统,存储器的分类,半导体存储器,随机存储器RAM,只读存储器ROM,RAM：可读写，掉电后数据丢失,ROM：只能读，掉电后数据不丢失,计算机组成原理第4章存储系统,2.磁介质存储器：,CD-ROM：只读性光盘,WORM：写入式（只能写一次）,3.光盘存储器：,CD-RW：可擦/写光盘,硬盘,计算机组成原理第4章存储系统,存储器的主要性能指标,1.存取时间,CPU访问一次存储器所需的时间。,2.存取周期,CPU连续访存中平均一次存取操作所需的时间。,3.数据传输速率,数据
4、输入/输出存储器的速率（单位:Byte/s）。,计算机组成原理第4章存储系统,4.2 半导体存储器原理及存储芯片,1. 静态MOS存储单元,假设要将“1”存储在该单元中,计算机组成原理第4章存储系统,2. 静态RAM的组成,计算机组成原理第4章存储系统,2. 静态RAM组成及读/写过程,计算机组成原理第4章存储系统,静态存储器(SRAM)的特点：,(1) 无需进行数据的刷新，外围电路简单。,(2) 速度快。,(3) 管数较多，成本高。,(4) 功耗大，双稳态触以器中始终有一个MOS管导通。,计算机组成原理第4章存储系统,4. 静态RAM芯片举例,计算机组成原理第4章存储系统,6264引脚功能说
5、明：,A12A0：地址线,D7D0：数据线,NC：未使用,计算机组成原理第4章存储系统,动态存储器DRAM,1. 存储单元及其存储矩阵,假设要将“1”存储在该单元中,计算机组成原理第4章存储系统,从存储单元中读出数据,1/0,计算机组成原理第4章存储系统,从动态存储器的工作原理可知：,集成度高，功耗低，位成本低。,由于电容存存漏电现象，需周期刷新。,是破坏性读出，需读后重写。,计算机组成原理第4章存储系统,2. 动态存储器的刷新,刷新的过程就是把原来存储单元中的存储的信息读出来，经过放大后再写入该单元。,刷新的时间间隔主要取决于存储电容，一般为1100ms，在70时，约2ms。,刷新向电容补充
6、电荷。,计算机组成原理第4章存储系统,刷新是按行刷新，即一次刷新一行。,刷新一块芯片所需的刷新周期数由芯片矩阵的行数决定。,刷新周期：刷新一行所需的时间。,计算机组成原理第4章存储系统,(1) 集中刷新,死区,特点：存储器访问效率高，控制简单，由于存在访问死区，不适用于实时性较强的系统。,2ms,50ns,计算机组成原理第4章存储系统,(2) 分散刷新,100ns,特点：时序控制简单，刷新过于频繁，存储器访问效率低，主要用于低速系统中。,计算机组成原理第4章存储系统,(3) 异步刷新,各刷新周期分散安排在2ms内，每隔一段时间刷新一行。,例如：2ms/128行15.6微秒。,15.6 微秒,1
7、5.6 微秒,15.6 微秒,计算机组成原理第4章存储系统,4.3 主存的组织,设计主要考虑：,系统模式,速度匹配与时序控制,数据通路匹配,相关的控制信号,计算机组成原理第4章存储系统,(1) 系统模式,计算机组成原理第4章存储系统,(2) 速度匹配与时序控制,同步方式访问：插入Tw周期 异步方式访问：使用Ready信号,(3) 数据通路匹配,数据总线一次能并行传送的数据位数，称为总线的数据通路宽度，常见的有8位、16位、32位、64位等。,计算机组成原理第4章存储系统,(4) 相关控制信号,至少需要考虑：CS、RD、WR。,计算机组成原理第4章存储系统,当单个存储芯片的容量不能满足系统要求时
8、，需多片组合起来以扩展字长(位扩展)或字数(字扩展)或字位全扩展。,位扩展,在位数方向扩展(加大字长)，使芯片的位数与系统要求位数相一致的。,计算机组成原理第4章存储系统,计算机组成原理第4章存储系统,字扩展,用多片存储芯片构成一个容量较大的存储器。,例： CPU 8088，若用2K8位芯片构成8K8位存储模块，在系统中的地址为01000H02FFFH 。,计算机组成原理第4章存储系统,设计步骤：, 需要芯片：4片, 地址信号A10A0 ：与CPU同名信号对应连接, 地址信号D7A0 ：与CPU同名信号对应连接,计算机组成原理第4章存储系统,A19A11确定:,0#芯片空间地址：4k6k-1,
9、01000H - 0000 0001 0000 0000 0000,017FFH - 0000 0001 0111 1111 1111,1#芯片空间地址：6k8k-1,01800H - 0000 0001 1000 0000 0000,01FFFH - 0000 0001 1111 1111 1111,A13A12A11,计算机组成原理第4章存储系统,2#芯片空间地址：8k10k-1,02000H - 0000 0010 0000 0000 0000,027FFH - 0000 0010 0111 1111 1111,3#芯片空间地址：10k12k-1,02800H - 0000 0010 1000 0000 0000,02FFFH - 0000 0010 1111 1111 1111,